[发明专利]基于梯度折射率透镜的内窥镜式三维显微成像装置和方法

权利要求书

1.一种基于梯度折射率透镜的内窥镜式三维显微成像装置，其特征在于，按照光线传播方向依次设置有：环形LED光源(1)、被测样品(5)、梯度折射率透镜阵列(2)、长焦距中继透镜(3)和CMOS相机(4)；

所述环形LED光源(1)、所述梯度折射率透镜阵列(2)相对于所述被测样品(5)位于同一竖直方向上；且所述环形LED光源(1)和所述梯度折射率透镜阵列(2)位于被测样品(5)的同一侧。

2.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的内窥镜式三维显微成像装置，其特征在于，所述环形LED光源(1)与所述梯度折射率透镜阵列(2)在竖直方向上的中轴线重合。

3.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的内窥镜式三维显微成像装置，其特征在于，所述环形LED光源(1)波长为白光光源，功率为50mw；包括若干个白光光源，间隔均布于所述梯度折射率透镜阵列(2)之间，形成环形光源。

4.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的内窥镜式三维显微成像装置，其特征在于，所述的梯度折射率透镜阵列(2)包括多个竖向平行排列的NA＝0.5，焦距为5mm的梯度折射率透镜，相邻两个梯度折射率透镜的间距为1.4mm；每个梯度折射率透镜分别从不同位置采集被测样品(6)反射光束后，共用一个光路系统进行成像。

5.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的内窥镜式三维显微成像装置，其特征在于，所述长焦距中继透镜(3)由两个相同参数的消色差双胶合透镜组成，直径尺寸为6.25mm，焦距为60mm。

6.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的内窥镜式三维显微成像装置，其特征在于，所述环形LED光源(1)、梯度折射率透镜阵列(2)、中继透镜(3)和CMOS相机(4)集成在最大外形尺寸为直径尺寸为8mm，长度为130mm的细长外壳中。

7.根据权利要求1所述的基于梯度折射率透镜的内窥镜式三维显微成像装置，其特征在于，所述中继透镜(3)用于控制成像比例，中继透镜(3)的前焦面与梯度折射率透镜阵列(2)的后表面重合，中继透镜(3)的后焦距与CMOS相机(4)的传感器面重合。

8.一种基于权利要求1～7中任一所述的梯度折射率透镜的内窥镜式三维显微成像装置的成像方法，其特征在于：包括如下步骤：

数据采集步骤a：

步骤a、环形LED光源(1)发出的光对被测样品(5)进行均匀照明，被测样品(5)表面产生反射光，反射光经梯度折射率透镜阵列(2)后成像至其后表面，通过中继透镜(8)延长成像光路，将光束信号聚焦在CMOS相机(4)上进行单帧采集；

数据处理步骤b：

步骤b1、图像位置校准：将CMOS相机(4)采集到的单帧图像进行每个梯度折射率透镜的轴向位置校准；

步骤b2、球差校正：对梯度折射率透镜采集图像产生的图像凸出影像，进行校正，得到无球差图像；

步骤b3、将采集到的无球差图像经过反卷积三维点扩展函数得到被测样品的三维形貌。

9.根据权利要求8所述的基于梯度折射率透镜的内窥镜式三维显微成像方法，其特征在于：所述步骤b1中，通过采集单帧高曝光图像进行轴向定位，相邻两个梯度折射率透镜的真实距离为校准后的距离。

10.根据权利要求8所述的基于梯度折射率透镜的内窥镜式三维显微成像方法，其特征在于：所述步骤b3中，三维点扩展函数通过采集等间距轴向位置的25μm针孔后经高斯拟合获得。